本文選題：鐵電存儲器　切入點：鐵電場效應(yīng)晶體管　出處：《華南理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：鐵電存儲器因具有非易失、低功耗、高讀寫速度、高存儲密度、長壽命和抗輻射等優(yōu)點,被認為是下一代最具潛力的存儲器之一。其中由鐵電場效應(yīng)晶體管構(gòu)成存儲單元的鐵電存儲器,還具有單元結(jié)構(gòu)簡單、非破壞性讀出、存儲密度更高和與集成電路工藝兼容等更多優(yōu)點,得到了研究者的廣泛關(guān)注。然而,目前在基于納米線的鐵電場效應(yīng)晶體管研究過程中,還有許多需要解決的科學(xué)問題,其中如何采用微納加工技術(shù)組裝納電子器件并進行精確表征與評價,是研制基于納米線鐵電場效應(yīng)晶體管亟待解決的首要問題。本論文創(chuàng)新性地聯(lián)合光刻技術(shù)與聚焦離子束技術(shù)成功組裝了基于Ga N納米線的鐵電場效應(yīng)晶體管,器件表現(xiàn)出良好的性能。具體工作和結(jié)論如下:1、采用CVD法成功制備了適于晶體管導(dǎo)電溝道組裝使用的、高質(zhì)量的Ga N納米線,其生長過程符合以Au納米顆粒為催化劑的汽-液-固(VLS)生長機制。分別用XRD、SEM、EDS、TEM對所制備的納米線進行了形貌與晶體結(jié)構(gòu)表征,結(jié)果表明所制備的納米線表面平直光滑,長度為幾十到幾百微米,直徑分布在100-200 nm之間,為高純度的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的Ga N晶體,其生長方向為[100]晶向。2、基于磁控濺射的方法制備了PZT鐵電薄膜,獲得了適于晶體管組裝用的PZT/Pt/Ti/Si O2/Si的層狀背柵體系結(jié)構(gòu)。分別用XRD、SEM、EDS、Raman、鐵電分析儀對其進行了表征,結(jié)果表明薄膜表面平整光滑,沒有大的顆粒堆積和裂紋,晶粒直徑在2-5μm的范圍內(nèi)。薄膜的厚度均勻,膜厚大約為500 nm。薄膜為高純度的四方相和三方相混合的多晶鈣鈦礦結(jié)構(gòu),鐵電性能優(yōu)越,低壓下就能形成比較完整的電滯回線。3、聯(lián)合光刻技術(shù)與聚焦離子束(FIB)技術(shù)成功組裝了以Ga N納米線為導(dǎo)電溝道、PZT/Pt/Ti/Si O2/Si為背柵結(jié)構(gòu)的鐵電場效應(yīng)晶體管。晶體管的輸出和轉(zhuǎn)移特性結(jié)果表明組裝的晶體管為n型耗盡模式的場效應(yīng)晶體管,具有優(yōu)越的存儲性能和電性能,數(shù)據(jù)存儲窗口高達5 V,零柵壓時的開關(guān)電流比高達103,亞閾值擺幅S很小為0.93 V/decade,峰值跨導(dǎo)gm為1.7μS,Ga N納米線溝道中的場效應(yīng)載流子遷移率μ大約為16.4 cm2/V·s。4、測試了Pt/SBT/Hf Ta O/Si鐵電電容與溫度和輻照相關(guān)的電性能,并對其機理進行了分析。為納米線鐵電場效應(yīng)晶體管與溫度和輻照相關(guān)可靠性研究提供了實驗基礎(chǔ)和理論儲備,有利于鐵電存儲器在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。以半導(dǎo)體納米線為導(dǎo)電溝道的新型結(jié)構(gòu)鐵電場效應(yīng)晶體管具有比如可在極低的電壓下操作、極高的讀寫速度等優(yōu)越的性能,本文的結(jié)果為基于納米線的非易失性存儲器潛在應(yīng)用提供了實驗基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。
[Abstract]:Ferroelectric memory has the advantages of non-volatile, low power consumption, high read and write speed, high storage density, long life and radiation resistance, etc. It is considered to be one of the most promising memories of the next generation. Ferroelectric memory, which consists of ferroelectric field effect transistors, also has a simple structure and non-destructive readout. More advantages, such as higher storage density and compatibility with integrated circuit processes, have attracted extensive attention of researchers. However, there are still many scientific problems to be solved in the research of ferroelectric field effect transistors based on nanowires. Among them, how to use micro-nano fabrication technology to assemble nanoelectronic devices and to carry out accurate characterization and evaluation, Ferroelectric field effect transistors based on nanowires are the most important problems to be solved. In this thesis, the ferroelectric field effect transistors based on gan nanowires have been successfully assembled by combining photolithography with focused ion beam technology. The specific work and conclusions are as follows: 1. High quality gan nanowires suitable for conducting channel assembly of transistors have been successfully fabricated by CVD method. The growth process is consistent with the VLS growth mechanism of au nanoparticles. The morphology and crystal structure of the prepared nanowires were characterized by XRDX SEMN EDS- TEM. The results show that the surface of the prepared nanowires is straight and smooth. PZT ferroelectric thin films were prepared by magnetron sputtering based on the high purity hexagonal wurtzite gan crystal with a length of several to several hundred microns and diameters ranging from 100 to 200 nm. The layered back gate structure of PZT/Pt/Ti/Si O2/Si for transistor assembly was obtained. The structure was characterized by a ferroelectric analyzer. The results showed that the surface of the thin film was smooth and there were no large particles stacking and cracks. The grain diameter is in the range of 2-5 渭 m. The thickness of the film is uniform, and the thickness of the film is about 500 nm. The thin film is a polycrystalline perovskite structure of high purity tetragonal phase and rhombohedral phase, and has excellent ferroelectric properties. A complete hysteresis loop. 3 can be formed at low voltage. The ferroelectric field effect transistor with gan nanowires as conducting channel PZT / PT / Ti / Si O2/Si as back gate structure has been successfully assembled by combining photolithography and focusing ion beam technique. The output and transfer characteristics show that the assembled transistors are field effect transistors with n-type depletion mode. With superior storage and electrical performance, The data storage window is up to 5 V, the switching current ratio is as high as 103 at zero gate voltage, the sub-threshold swing S is very small, and the peak transconductance gm is 1.7 渭 SGN nanowire channel. The field effect carrier mobility 渭 is about 16.4 cm2/V s.4. The Pt/SBT/Hf Ta O/Si has been tested. Ferroelectric capacitance electrical properties related to temperature and irradiation, The mechanism is analyzed, which provides an experimental basis and theoretical reserve for the reliability study of nanowire ferroelectric field effect transistors related to temperature and irradiation. It is beneficial to the application and popularization of ferroelectric memory in special fields. The novel ferroelectric field effect transistors with semiconductor nanowires as conducting channels have excellent properties such as operating at very low voltage, high reading and writing speed, etc. The results of this paper provide experimental basis and theoretical guidance for the potential application of nonvolatile memory based on nanowires.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386;O614.371

【共引文獻】

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本文編號：1673291